Dielektrik, ISSN 086-9487 3 Vol. 3, No. 1 : 3-33, Pebruri 016 PEMODELAN DISTRIBUSI ARUS DAN BEDA POTENSIAL DI PERMUKAAN TANAH PADA VARIASI DIMENSI ELEKTRODA PENGETANAHAN Modeling Of Current Distribution And Potentil Difference On The Surfce Soil In Dimensionl Grounding Vrition Ni Mde Seniri1 1, Id Ayu Sri Adnyni 1, I Mde Ginrs3 1 ABSTRAK Elektrod pengetnhn sistem proteksi petir eksternl menglirkn mutn rus petir ke bumi dengn cept dn tidk menimbulkn tegngn lngkh ( V), dn rus (I t ) di permukn tnh yng membhykn. Krkteristik petir derh tropis 10-39 ka, 5-00 khz. Prmeter ini dimodelkn dengn tegngn lngkh ( ) dn rus di permukn tnh (I t ), st elektrod terinjeksi rus petir (I p ). Simulsi menunjukkn bhw meningktkn pnjng elektrod dri 1m menjdi 1m lebih pnjng, menurunkn tegngn lngkh ( V) 5%, dn menurunkn rus permukn (I t ) 73,5%. Perubhn dimeter elektrod dri 50mm menjdi 80mm, V dn I t rt-rt menurun 37%. Bts mn sesui IEEE std 80 dipilih elektrod 4m, dimeter 80 mm, dengn tegngn lngkh ( V) 7,8 mv dn rus dipermukn tnh (I t ) 5,996mA. Kt kunci: krkteristik petir, medn listrik, tegngn lngkh, rus permukn. ABSTRACT Grounding externl protection function is to flow lightning current to ground rpidly nd without step voltge ppering nd surfce current. Lightning chrcteristic of tropicl re is 10-39 ka with 5-00 khz. These prmeters re modelled by the step voltge nd current surfce, when the electrode is injected by lightning current. Simultion shows tht the step voltge nd current surfce decrese to 5% nd 73.5%, respectively, for 1 m dditionl length of grounding. Menwhile, when dimeter electrode is chnged from 50 to 80 mm the step voltge nd current surfce re decresed to 37%. Sfety limit ccording to IEEE std 80 is obtined step voltge nd current surfce t the vlues of 7.8 mv nd 5.996mA for minimum electrode L4m, d80mm. Keywords: lightning chrcteristic, electric field, step voltge, surfce current. PENDAHULUAN pd thun 01 dlh menindk lnjuti Undng-undng Republik Indonesi no. 0 Indonesi terletk di gris ktulistiw thun 00 tentng bngunn gedung dengn intensits chy mthri yng khususny yng menyngkut persyrtn sngt tinggi. Intensits chy mthri ini keselmtn bngunn gedung. Dlm memicu terjdi pengupn di permukn bumi yng tinggi dn menimbulkn wn- stndr dinytkn tentng persyrtn dri perlindungn gedung dri smbrn petir wn bermutn. Ditmbh lgi dengn dny issue globl wrning, yng berdmpk pd perubhn iklim di duni, termsuk di Indonesi. Slh stu dmpk globl wrning yitu dny perubhn iklim, perubhn intensits hujn mupun intensits sinr mthri yng menerp bumi. Kondisi seperti ini membut Iso Krunik Level (IKL) untuk Indonesi sngt tinggi yitu dits 00 smbrn/km /thun. Khusus untuk di Mtrm IKL mencpi 16 smbrn/km /thun dt BMKG kot Mtrm thun 014. Stndr Nsionl Indonesi (SNI) 03-7015-004 : Sistem Proteksi Petir Pd Bngunn Gedung, yng diperbhruhi yitu Sistem Proteksi Petir (SPP) eksternl dn internl. SPP eksternl dlh sistem perlindungn gedung terhdp smbrn lngsung dengn jln menylurkn rus petir lngsung ke bumi. SPP internl merupkn tindkn tmbhn yng dilkukn untuk melengkpi SPP eksternl untuk mengurngi efek elektromgnetik pd rungn terproteksi SPP eksternl terdiri dri finil, down conductor dn elektrod pengetnhn (grounding). Grounding hrus mempunyi konfigursi yng dpt mencegh tegngn lngkh, tegngn sentuh dn lirn rus di permukn tnh yng berbhy bik untuk perltn mupun mhluk hidup. Dlm SNI 1 Jurusn Teknik Elektro, Fkults Teknik Universits Mtrm. Nus Tenggr Brt, Inonesi Emil: seniri01@gmil.com1 1, kdekgin@yhoo.com 1, dnyni70@gmil.com3 1
4 Dielektrik, 3 (1),Pebruri 016 ini distndrkn bhw elektrod pengetnhn ditnm miniml 0,5 m dibwh permukn tnh, bhn besi (Fe) miniml dimeter 80 mm dn bhn tembg (Cu) miniml berdimeter 50 mm. Ukurn elektrod pengetnhn di psrn berukurn 1, 1.5,,..5, 3 dn 4m. Dengn dimensi yng bervrisi tersebut perlu dikethui pemodeln distribusi rus listrik (I t ) dn bed potensil ) dipermukn tnh, untuk mendptkn fungsi SPP yng efektif, khususny tegngn lngkh dn rus dipermukn tnh (I t ) miniml yng diijinkn sesui stndr SNI 04-05-000 : Persyrtn Umum Instlsi Listrik (PUIL 000) dn IEEE std 80-000. Tujun. Tujun penelitin ini dlh:. Memodelkn bed potensil ( ) di permukn tnh st elektrod pengetnhn terinjeksi rus petir (I p ). b. Memodelkn distribusi rus petir (I t ) di permukn tnh disekitr elektrod pengetnhn (grounding) st terinjeksi rus petir. c. Mensimulsikn dimensi pnjng (L) dn dimeter penmpng elektrod pengetnhn (d) untuk mendptkn rus (I t ), dn bed potensil ( ) di permukn tnh. d. Mendptkn dimensi miniml grounding (L,d) untuk mendptkn bed potensil( ), rus (I t ) di permukn tnhyng mn untuk objek disekitr grounding. Asumsi-Asumsi dlm Penelitin Dlm penelitin ini diberlkukn beberp sumsi-sumsi sebgi berikut : 1. Arus smbrn petir (I p ) kn terdistribusi secr mert pd seluruh permukn elektrod pengetnhn, sehingg menimbulkn kerptn mutn permukn ( ) yng homogen.. Mteril tnh dinggp homogen, sehingg distribusi rus petir ( ) dlm tnh ke segl rh kn sm, sehingg dengn menggunkn sistem koordint tbung, mk penyebrn rus ke rh sumbu rdil (r) kn sm besr. 3. Arus petir yng terinjeksii pd SPP eksternl sesui krkteristik rus petir derh tropis yitu rus punck impuls petir ( )10,50,39kA dengn frekuensi 5, 50, 100, 150, 00 khz. 4. Elektrod pengetnhn (grounding) yng disimulsikn dimeter (d) 50, 80 mm dengn pnjng (L) 1, dengn bhn Cu., 3, 4 m, Fenomen Petir. Petir dpt menimbulkn beberp fenomen dintrny: Medn Listrik (E), medn mgnet (H), listrik sttis (Electrosttic Discrd, ESD) mupun gelombng Elektromgnetik. Menurut Willims (1999) smbrn petir dpt mempengruhi tu mendistorsi kerj sutu perltn mellui 7 sebb tu meknisme, yitu: Induksi tegngn dengn meknisme kopling resistif, kopling mgnetik, injeksi rus kibt smbrn lngsung, kopling medn listrik, Puls elektromgnetik (Lightning Electomgnetic Pulse), efek therml dn meknik, sert smbrn beruntun. (Seniri, Hdiynti, 01). Proses Terjdiny Petir. Pd dsrny petir merupkn hsil pemishn mutn listrik secr lmi di dlm wn-wn bdi. Di dlm wn terjdi pemishn mutn dimn beberp teori menytkn bhwsny di dlm wn, kristl es bermutn positif, sedngknn titik-titik ir bermutn negtif (Zoro, 003). Proses terjdiny petir, kren pemnsn permukn bumi oleh mthri pd sing hri, terjdilh pengupn ir yng bersl dri lut, dsb. Kren bert jenisny semkin kecil mk up ir kn nik kets sert msuk di tmosfir bwh. Semkin juh dri permukn bumi mk suhu semkin dingin dpt mencpi suhu - 50 o C sehingg kn terbentuk kristl kristl es. Kren dny gerkn ke ts, ke smping dn ke bwh, mk terjdilh tubrukn-tubrukn kristl-kristl es, yng menyebbkn terjdiny pemishn mutn. Peristiw tersebut mengkibtkn terbentuk wn yng bermutn positif dn negtif, hl ini dpt diliht pd Gmbr 1. Gmbr 1. Tipe sel dri wn bermutn pns (Zoro, 003)
Ni Mde Seniri, Id Ayu Sri Adnyni, I Mde Ginrs: Pemodeln Distribusi Arus Dn Bed Potensil 5 Jik proses pemishn mutn ini terus berlngsung kn mengkibtkn medn listrik yng timbul semkin besr. Jik medn listrik ini telh melebihi medn tembus udr kn terjdi pelepsn mutn listrik di udr ntr wn ke wn tu ntr wn ke bumi, peristiw inilh yng disebut dengn petir (Zoro, 003), (Seniri, Hdiynti, 01). Krkteristik Petir Tropis. Posisi Indonesi yng terletk pd koordint 6 LU - 11 LS dn dri 95 BB 141 BT telh menemptkn wilyh Indonesi pd derh dengn iklim tropis.angin regionl dn ngin lokl mempunyi pengruh yng signifikn dlm proses pembentukn mutn di dlm wn, khususny di derh pegunungn. Derh Gunung Tngkubn Perhu yng terletk pd 6 40-6 50 LS dn dri 107 30-107 40 BT dipilih oleh ITB yng bekerj sm dengnn Lippo Group, menggunkn prinsip time of rrivl (T.O.A) yitu Lightning Position nd Trcking System (LPATS), milik Inc. Florid, USA (1995). Alt tersebut untuk mendptkn dt petir di derh tropis. Pengukurnn krkteristik tropis dilkukn dengn pengukurn smbrn petir lngsung ke menr ukur dn pengukurn medn listrik tu pengukurn tidk lngsung dengn menggunkn Lightning Loction System. Vrisi bulnn dri smbrn petir di derh penelitin Gunung Tngkubn Perhu sejk thun 1995 smpi 1998 dievlusi dn dinlis untuk mendptkn hsil penting pengukurn petir di derh tropis (Zorro, 1999). Adpun sttistik krkteristik petir tropis dpt diliht pd tbel berikut: Tbel1. Krkteristik petir tropis Sumber: Zorro R., Krkteristik Petir Tropis, 1999. Hl.5. (Seniri, Hdiynti, 01). Arus, Mutn Listrik Dn Kerptn Mutn Listrik. Arus listrik petir bersift impuls. Wktu yng dibutuhkn untuk mencpi nili punck rus petir (wktu muk geombng petir ) 10-6 detik. Mutnmutn listrik (Q) yng bergerk menghsilkn rus listrik (I). Stun rus listrik dlh Ampere didefinisikn sebgi lju pergerkn mutn mellui sutu titik cun tertentu (menembus sutu bidng cun tertentu) sebesr stu Coulomb per detik (Hytt Jr., 004). A.. (1) Q i dt C... () Sutu bidng cun tertentu yng diliri rus listrik, mk pd bidng cun tersebut kn terjdi kerptn rus listrik (J), di mn : A/m...(3) Bil rus petir terinjeksi dlm sutu konduktor pnjng, lusn tu volume mk pd dimensi tersebut kn terjdi kerptn mutn petir, yitu : C/m. (4) C/m...(5) C/m 3...(6) Dengn: kerptn mutn gris (C/m) kerptn mutn lus (C/m ) kerptn mutn volume (C/m 3 ) Intensits Medn Listrik (E). Intensits medn listrik (E) dlh besrny tegngn per meter yng terjdi pd jrk tertentu dri mutn lisrik. Medn listrik ini d di sekitr mutn (Q) bik mutn itu dim mupun mutn tersebut bergerk per stun wktu. E merupkn besrn vektor, sehingg dlm perhitungn E bis dihitung terpish pd setip sumbu koordint. E totl dlh resultnte dri E dri msing-msing sumbu koordint. Dlm perhitungn dn nlis diwli dengn menghitung kerptn mutn pd konduktor, dn dinlis menggunkn sistem koordint tbung (Hytt Jr., 004). Gmbr. Posisi koordint dn vektor dsr dlm sistem koordint silinder (Demrest, K.R. 1998), (Seniri, Hdiynti, 01).
6 Dielektrik, 3 (1),Pebruri 016 Gmbr memperlihtkn posisi dri koordint titik P pd sistem dlh u 1 ρ tu r, u φ, dn u 3 z. Dimn ρtu r didefinisikn rhny tegk lurus terhdp bidng z, dn φ merupkn sudut yng terbentuk dengn rh menjuhi bidng x. Koordint z dlh sm untuk koordint krtesin. Titik perpotongn dri tig bidng yng sling tegk lurus, dimn bidng dtr ρr tetpn, φ tetpn dn z tetpn, dimn 0 <ρ <, 0 <φ<π dn - <z<. Hubungn ntr koordint silinder dn koordint Krtesin dlh sebgi berikut (Demrest, 1998), (Seniri, Hdiynti, 01): dn ρ r x + y 1 x φ tn y z z x ρ cosφ z z y ρ sinφ...(7) (8) Gmbr 3 memperlihtkn kontribusi intensits medn listrik (E) yng ditimbulkn oleh unsur mutn yng terdpt pd jrk z dri titik sl yitu: (Hyt, JR., 004) dq ρ L dz...(9) menghsilkn, de deρ ρ + de z z...(10) Jik kit pegng ρ dn tetp ketik kit bergerk turun nik sepnjng gris mutn dengn mengubh z, mutn gris tersebut tetp kelihtn memnjng ke jrk tk berhingg ke kedu rh. Hl tersebut menunjukn sumbu simetri dn dny medn yng bukn merupkn fungsi dri z. (Hyt, JR., 004,Hl.36), (Seniri, Hdiynti, 01): Gmbr 3. Geometri medn di sekitr mutn gris Tip unsur pertmbhn pnjng dri mutn gris, berlku sebgi mutn titik dn menghsilkn pertmbhn unsur kontribusi pd intensits medn listrik (E), yng rhny menjuhi unsur mutn tersebut. Tidk d unsur yng menimbulkn komponen dri intensits medn listrik ke rh, sehingg E nol.untuk unsur E ρ dn E z, tidk berhrg nol. Bil unsur E z dri unsur mutn yng berjrk sm dits dn dibwh titik tempt kit menentukn medn, mk unsur E z kn sling menidkn sehingg yng d hny komponen E ρ tu E r sj, dn besrn besrn ini berubh terhdp ρ tu r (Hyt Jr., 004) ρ Ldz'( r r') de 4 πε dengn, menghsilkn, E ρ 3 0 r r' 4πε ( ρ + z' o ρ ρdz' L...(11) r y y ρ ρ r z z r r ρ ρ z z ) 3 (V/m)...(1) dengn ρ L Kerptn mutn gris (C/m) ε o Permitivits rung hmp(f/m) Jik bhn dielektrik dri medium yng dillui diperhitungkn mk persmn (10) menjdi, E ρ ρ ρdz' L 4πε ( ρ + z' ) 3 (V/m)...(13) dengn...(14) ε ε r ε o ε r permitivits reltif Potensil Listrik (V) dn Bed Potensil di ntr Du Titik ( ). Potensil pd sutu titik didefinisikn sebgi : kerj yng diperlukn untuk membw stu stun mutn positif dri titik cun nol ke titik tersebut.(hyt, JR., 004). Medn potensil sutu mutn titik dlh linier terhdp mutn, sehingg prinsip superposisi dpt dipki. Akibtny potensil sistem mutn pd sutu titik tidk bergntung pd lintsn yng dimbil untuk membw mutn uji ke titik tersebut. Jdi medn potensil sebuh mutn titik bermutn Q n pd titik r n hny berhubungn dengn jrk r - r n dri Q n ke titik di r tempt potensil tersebut dicri. Untuk cun titik nol tk berhingg, didptkn, (Hyt Jr., 004). V ( r) Qn 4πε 0 r r n. (15)
Ni Mde Seniri, Id Ayu Sri Adnyni, I Mde Ginrs: Pemodeln Distribusi Arus Dn Bed Potensil 7 Sehingg potensil yng disebbkn oleh n buh mutn titik dlh : V 1 4πε ( r) Q K n 0 n 1 r rn...(16) Potensil titik A terhdp titik B didefinisikn sebgi ush yng dilkukn dlm memindhkn sutu mutn positif Q, dri B ke A... (J/C tu Volt)..(17) Selnjutny secr umum bed potensil dintr du buh titik dituliskn sebgi berikut: (Volt).....(18) Kerpt Arus Konduksi Dn Kerptn Arus Perpindhn /Displcement. Arus yng menglir sutu lusn mteril kn menimbulkn kerptn rus (J) A/m. Elektrod pengetnhn (grounding) yng terinjeksi rus petir, mk rus di dlm tnh kn menglir secr konduksi ( ) mupun secr perpindhn ( ). Kren tnh dlh bhn dielektrik, mk rpt rus totl dlm tnh dlh (Elektromgnetik, schum, 1993): +...(19) Dengn :..(0) ) ).(1) Dengn : Dkerptn fluks listrik (C/m ) Kerptn rus totl di dlm tnh(a/m ) Kerptn rus konduksi (A/m ) Kerptn rus perpindhn(a/m ) Arus konduksi ( ) dominn dipengruhi oleh konduktifits tnh( ), rus perpindhn ( ) dominn dipengruhi oleh frekuensi rus (Elektromgnetik, schum, 1993) : +..() Dengn :.. Kren ; ; ; dn mk :...(3)...(4) Dengn : Konduktifits tnh Permitifits tnh Tegngn Lngkh sesui IEEE std 80-000. Tegngn lngkh dlh perbedn tegngn yng terjdi ntr kki seseorng st berjln dits permukn tnh pd jrk 1 meter tnp menyentuh objek ppun. Tegngn ini kn menghsilkn rus yng menglir dlm tubuh. Gmbr 4 menunjukkn rus gnggun (I f ) yng dilirkn kedlm tnh melewti elektrod pengetnhn dn kki seseorng menginjk permukn tnh. Arus (I t ) menglir dri stu kki mellui bdn dn selnjutny ke kki stuny. Tbel berikut dlh btsn tegngn lngkh yng diijinkn dengn lm gnggun yng terjdi. Gmbr 4.Bed potensil ntr kki mnusi, kibt dny rus menglir di permukn tnh (IEEE std 80-000) Tbel Btsn tegngn lngkh yng diijinkn dn lm gnggun (IEEE std 80-000) Lm gnggun (detik) Tegngn.lngkh yng diijinkn (volt) 0,1 7,000 0, 4,950 0,3 4,040 0,4 3,500 0,5 3,140 1,0,16,0 1,560 3,0 1,80 Pengruh Arus listrik dlm tubuh mnusi. Mksud utm mengetnhkn sistem dlh menjmin keselmtn mnusi pd st gnggun. Tubuh mnusi sngt pek terhdp rus listrik kren itu rus gnggun sekecil ppun sngt berbhy dn hrus dihindri. Du fungsi tubuh sngt penting bgi kelngsungn hidup mnusi yitu
8 Dielektrik, 3 (1),Pebruri 016 pernfsn dn sirkulsi drh. Tbel 3 memperlihtkn besrn rus dn gejlgejl kibt rus yng menglir dlm tubuh seseorng (IEEE std 80-000). Tbel 3. Btsn-btsn rus dn pengruhny pd mnusi (IEEE std 80-000) I(mA) Pengruh pd tubuh mnusi 0 0,9 Belum dirskn pengruhny, tidk menimbulkn reksi p-p 0,9 1, Ters dny rus listrik, tetpi tidk menimbulkn kibt kejng, kontrksi tu kehilngn kontrol 1, 1,6 Muli ters sekn-kn d yng meryp di dlm tngn 1,6 6 Muli ters sekn-kn d yng meryp di dlm tngn 6 8 Tngn muli kku, rs kesemutn mkin bertmbh 13 15 Rs skit tidk terthnkn, penghntr msih dpt melepskn dengn gy yng besr sekli 15 0 Otot tidk snggup lgi melepskn penghntr 0 50 Dpt mengkibtkn keruskn pd tubuh mnusi 50 100 Bts rus yng dpt menyebbkn kemtin METODE PENELITIAN Riset ini menggunkn : - IEEE std 80-000 untuk menentukn bts mn untuk tegngn lngkh dn rus yng menglir di tubuh mnusi. - SNI 03-7015-014 untuk menentukn ukurn grounding - Dt penelitin ITB bekerjsm dengn Lippo Group USA, tentng krkteristik petir derh tropis - Buku Elektromgnetik, untuk tetpn konduktifits dn permitivits tnh dn mteril grounding. Flow Chrtpenelitin dlh sebgi berikut: Q 10 6 0 I. dt p ( C) Q ρ S SL ( C / m ) E E r z ρ S π. ε. R ρ S π. ε. R t t + AB AB r z ( V m) ER Er Ez / V L r L1 r1 ( ) E. dlv R I I C D 0 π π 0 r r1 r r1 J. ds C J. ds D ( A) ( A)
Ni Mde Seniri, Id Ayu Sri Adnyni, I Mde Ginrs: Pemodeln Distribusi Arus Dn Bed Potensil 9 R BA R Z ( r r ) A R (r + BA A - rb ) (z A - z B ) B r ( z z ) A R BA B z Gmbr 5. Flow chrt Penelitin Simulsi. Dt-dt yng digunkn dlm simulsi diklsifiksikn menjdi prmeter eksternl dn internl. Prmeter eksternl meliputi pnjng dn dimeter elektrod (L,d), prmeter internl meliputi besr rus petir (I p ) dn frekuensi rus petir (f). Skenrio disusun dengn mengmti prmeter eksternl dn internl sebgi vribel dn sebgi konstnt secr bergntin, yitu : 1. Frekuensi rus petir (f), rus petir (I p ), dimeter elektrod (d) konstn, pnjng elektrod (L) vribel: untuk mengmti pengruh pnjng elektrod (L), terhdp medn listrik rh sumbu r (E r ), sumbu z (E z ) dn medn listrik resultnte (E R ) di permukn tnh.. Frekuensi rus petir (f), rus petir (I p ), pnjng elektrod (L) konstn, dimeter elektrod (d) vribel :untuk mengmti pengruh dimeter elektrod (d) terhdp medn listrik rh sumbu r (E r ), sumbu z (E z ) dn Medn Listrik resultnte (E R ) di permukn tnh. 3. Arus petir (I p ), dimeter elektrod (d) konstn, pnjng elektrod (L), frekuensi rus petir (f), vribel : untuk mengmti pengruh dimensi elektrod (L) dn frekuensi rus petir (f) terhdp medn lisrik (E R ) di permukn tnh. 4. Arus petir(i p ), dimeter elektrod (d) konstn,pnjng elektrod (L) dn frekuensi rus petir (f) vribel: untuk mengmti pengruh pnjng elektrod (L) dn frekuensi rus petir (f) terhdp bed potensil ( V) dnrus (I t ) di permukn tnh. 5. Arus petir (I p ) dn dimeter elektrod (d) konstn, frekuensi rus petir (f) dn pnjng elektrod (L) vribel: untuk mengmti pengruh L dn frekuensi rus petir (f) terhdp bed potensil ( ) dn rus (I t ) di permukn tnh.
30 Dielektrik, 3 (1),Pebruri 016 HASIL DAN PEMBAHASAN Simulsi diwli dengn mengmti pengruh dimensi elektrod sebgi vribel dengn prmeter petir konstn, terhdp medn listrik resultnte (E R ). Selnjutny simulsi dilkukn dengn dimensi elektrod konstn dengn prmeter petir vribel. Hl ini dilkukn untuk mengmti bed potensil ( ) dn rus (I t ) yng menglir di permukn tnh pd kedu kondisi tersebut. Frekuensi (f), rus petir (I p ), dimeter elektrod (d) konstn, pnjng elektrod (L) sebgi vribel. Simulsi ini mengmbil smpel dimensi elektrod L1,,3,4m, d80mm pd rus petir 10 ka, f5 khz. Pd kondisi ini dimti pengruh pnjng elektrod (L) terhdp medn listrik rh sumbu r (E r ), rh sumbu z (E z ) dn medn listrik resultnte (E R ). Tbel 4 menunjukkn bhw E r, E z dn E R dipermukn tnh pling besr terjdi pd L1m. Hl ini disebbkn kren pd elektrod yng pling pendek, terjdi kerptn mutn lus ( S ) yng pling tinggi, sehingg medn listrik yng dihsilkn jug semkin tinggi. Pnjng elektrod ditingktkn setip 1m ternyt dpt menurunkn medn listrik resultnte (E R ) dri L1m menji m sebesr 76 %, dri m menjdi 3m sebesr 55,8% dn penurunn E R dri L3m menjdi 4m sebesr %. Gmbr 6. Grfik medn listrik dipermukn tnh I p 10 KA, f 5 khz, L 1m, d80mm Simulsi ini menggunkn rus petir I p 10kA,f5kHz, L1,,3,4m. Tbel 5 menunjukkn bhw E R pd L1m dimti pd jrk r0,5m dri elektrod ditnm, pd d50 mm, E R 3,819x10-6 V/m, pd d80mm E R,3887x10-6 V/m. Penurunn E R pd pnjng elektrod (L) yng sm, dimeter elektrod (d) diperbesr dri 50mm menjdi 80 mm, hny mmpu menurunkn E R sebesr 37 % pd semu ukurn elektrod. Gmbr 7 menunjukkn trend E r, E z, dn E R pd d50, 80mm. Untuk mengmti trend medn listrik resultnte (E R ), E z dn E r dimbil smpel pd L1m diperlihtkn gmbr 6. Medn listrik rh sumbu r (E r ) meningkt dri r 1m, dn r 1m menurun secr eksponensil. Sedngkn E R, E z menurun secr eksponensil dri r 0m. Frekuensi (f) dn rus petir (I p ),pnjng elektrod (L) konstn,dimeter elektrod (d) sebgi vribel. Simulsi ini untuk mengmti pengruh dimeter elektrod terhdp medn listrik E r, E z, dn E R.
Ni Mde Seniri, Id Ayu Sri Adnyni, I Mde Ginrs: Pemodeln Distribusi Arus Dn Bed Potensil 31 Gmbr 7. Grfik medn listrik di permukn tnh I p 10 KA, f 5 khz, L 1m, d50,80mm Arus petir (I p ), dimeter elektrod (d) konstn, pnjng elektrod (L) dn frekuensi rus petir (f)bervrisi. Simulsi ini bertujun untuk mengmti prmeter frekuensi rus petir (f) dn pnjng elekrod (L) pd medn listrik resultnte (E R ). Arus petir (I p ),frekuensi rus petir (f) konstn, dimensi elektrod (L) dn (d) bervrisi. Simulsi ini menggunkn krkteristik rus petir derh tropis yng terrendh dn tertinggi yitu 10kA, 5kHz dn 39 ka, 00 KHz. Kondisi ini untuk mengmti pengruh dimensi elektrod L dn d terhdp bed potensil ) tu tegngn lngkh dn rus (I t ) yng menglir dits permukn tnh. Nili yng didpt dibndingkn dengn IEEE std 80-000. Tbel 7 menunjukkn bhw bed potensil ( ) tu tegngn lngkh jrk 1m, pd I p 39 ka, 00kHz, 0,01466 Volt, pd elektrod 1m, dimeter 50 mm, dn 0,0073 V, pd elektrod 4m, d80mm. Penurunn untuk L yng sm dengn dimeter ditinggktkn dri d50mm menjdi d80mm, sebesr 37 %. Sedngkn untuk d yng sm tetpi L diperpnjng dri 1m menjdi m, dri m menjdi 3m dn dri 3m menjdi 4 m, mksimum menurun msing-msing: 88%, 71%, 5%. Trend diperlihtkn gmbr 9. Tbel 6 menunjukkn bhw pd frekuensi rus petir (f) yng konstn, E R kn semkin kecil pd L yng semkin pnjng. Tetpi E R bernili sm pd L yng konstn pd frekuensi (f) yng bervrisi. Gmbr 8 memperlihtkn smpel E R yng tidk terpengruh pd frekuensi rus petir (f) dimbil L1m,d80mm, I p 10kA konstn. Hl ini disebbkn kren medn listrik E berbnding lurus dengn kerptn mutn listrik dn berbnding terblik dengn jrk. Gmbr 8. Grfik medn listrik di permukn tnh I p 10 KA, f bervrisi, L 1m, d80mm Tbel 8 memperlihtkn rus (I t) dipermukn tnh pd I p10ka, 5kHz dri 39kA, 00kHz. Pd pnjng elektrod yng sm, dimeter dinikn dri 50mm menjdi 80mm I t rt-rt kn menurun 37%. Untuk dimeter yng sm tetpi pnjng elektrod dinikkn dri 1m menjdi m, dri m menjdi 3m dn dri 3m menjdi 4m, I t rt-rt kn menurun 73,5%. I t terkecil pd elektrod 4m, 80mm yitu 0,586 ma pd I p 10kA, 5kHz, dn 576 ma untuk I p 39kA, 00kHz. Gmbr 10 memperlihtkn trend rus (I t ) di permukn tnh.
3 Dielektrik, 3 (1),Pebruri 016 Gmbr 9. Grfik bed potensi di permukn tnh pd jrk 1m I p 19 KA, f 00 khz, Gmbr 10. Grfik Arus ( I t ) di permukn tnh I p39 KA, L1,,3,4m, d 50,80mm, f 00 khz Arus petir (I p ), dimeter elektrod (d) konstn, pnjng elektrod (L) dn frekuensi rus petir (f) bervrisi. Simulsi ini untuk mengethui pengruh frekuensi (f) dn pnjng elektrod (L) pd bed potensil ( ) dn rus (I t ) di permukn tnh. Tbel 9 menunjukkn bhw bed potensil tertinggi terjdi pd elektrod pling pendek yitu L1m dn terendh pd L4m untuk frekuensi yng sm. Sedngkn untuk pnjng elektrod (L) yng tetp dn frekuensi rus petir (f) yng berubh didpt nili yng sm. Hl ini jug ditunjukkn grfik 3 bhw medn listrik (E) tidk terpengruh pd frekuensi, dn jug tidk terpengruh pd frekuensi, tetpi tergntung pd besr rus petir (I p ). I p yng semkin besr, mk kn semkin besr. Hl ini disebbkn kren pd dimensi elektrod yng sm, bil rus petir meningkt mk kerptn mutn lus ( ) meningkt, sehingg E R jug meningkt. E R meningkt, mk jug meningkt, kren E R berbnding lurus dengn. Pengruh frekuensi rus petir (f) dn pnjng elektrod (L) terhdp besr rus (I t ) di permukn tnh, ditunjukkn tbel 10. Arus (I t ) di permukn tnh kn semkin kecil bil pnjng elektrod bertmbh. Hl ini disebbkn kren semkin pnjng elektrod, mk kerptn mutn lus ( ) menurun, sehingg E R menurun, dn I t jug menurun. I t menurun sebesr 37% ketik dimeter dirubh dri 50mm menjdi 80mm, dn menurun rt-rt 73,5 % untuk penmbhn pnjng elektrod 1m ditsny. Arus (I t ) kn semkin meningkt ketik frekuensi rus petir (f) meningkt. Hl ini dikrenkn semkin tinggi frekuensi rus petir, mk lirn rus perpindhn tu rus displcement (I d ) semkin meningkt, kren I d merupkn fungsi frekuensi. KESIMPULAN 1.Pengruh dimensi elektrod (L), (d) dn frekuensi petir (f) pd medn listrik (E) :. Medn Listrik E r dipermukn tnh kn meningkt dri r L dn menurun secr eksponensil pd r L. Medn Listrik E R, dn E z dipermukn tnh kn menurun secr exponensil pd r 0. b. Meningktkn pnjng elektrod L dri 1m menjdi 1 m ditsny, dpt
Ni Mde Seniri, Id Ayu Sri Adnyni, I Mde Ginrs: Pemodeln Distribusi Arus Dn Bed Potensil 33 menurunkn E R msing-msing 76, 56 dn % c. Meningktkn dimeter dri 50mm menjdi 80 mm dpt menurunkn E R sebesr 37%. d. Medn Listrik E di permukn tnh tidk dipengruhi oleh frekuensi rus petir (f)..pengruh dimensi elektrod (L), (d) dn frekuensi rus petir (f) pd bed potensil tu tegngn lngkh listrik ( V) di permukn tnh :.Bed potensil ( V) dipermukn tnh pd I p 10 ka, f5 khz, L1m, d50mm, didpt V yitu 371 Volt. Untuk I p 39 ka, f00khz, L4m, d80mm didpt V 0,0 mvolt. b.bed potensil ( V) dipermukn tnh tidk dipengruhi oleh frekuensi rus petir (f). c.menikkn dimeter elektrod d50mm menjdi 80mm, dpt menurunkn V rt-rt sebesr 37%. d.menikkn pnjng elektrod dri L1m menjdi 1m lebih pnjng, penurunn V msing-msing 88, 71 dn 5 %. 4. Pengruh dimensi elektrod (L), (d) dn frekuensi petir (f) pd rus listrik (I t ) di permukn tnh :. Pd rus petir 10kA, 5kHz, L1m, d50mm didpt I t 11,78 ma, pd L4m, d80mm I t 586mA. b. Semkin besr frekuensi rus petir (f) mk I t jug semkin besr. Pd frekuensi 00 khz, I p 10kA, pd L1m, d80mm di dpt I t 0,0589 A. Untuk L4m, d80mm di dpt I t 5,996mA. 5. Kesesuin dengn IEEE std 80-000:. Ditinju dri tegngn lngkh yng terjdi dipermukn tnh, pd kondisi rus dn frekuensi petir tertinggi, dimeter L1m, d50mm msih mn (dibwh stndr yng ditetpkn IEEE std 80). b. Ditinju dri rus (I t ) yng menglir dipermukn tnh, mk dimensi elektrod miniml dlh 4m, dimeter 80mm msih mn, untuk rus petir 10kA, 00KHz. lengkp, mellui sofwer yng mendukung.. Mensimulsikn dt-dt petir tropis secr lebih rinci, sehingg hsil perhitungn menjdi lebih vlid. DAFTAR PUSTAKA Demrest, K.R., 1998, Engineering Electromgnetics, Interntionl Edition, Prentice-Hll Interntionl, Inc. USA Edminister, Joseph., 1997, Elektromgnetik Seri Buku Schum, Jkrt Hsse, P., 199, Overvoltge Protection of Low Voltge Systems IEEE Power Series 1, Peter Peregrinus Ltd., London. Hytt Jr., W.H., 1994, Elektromgnetik Teknologi, Edisi kelim, Penerbit Erlngg, Jkrt. IEC 6-131-1 : Protection Aginst Lightning electromgnetic Impuls, Prt 1 : Generl Principles IEEE Std 80-000, Guide For Sfety in AC Substtion Grounding,New York Seniri, Hdiynti, 01., Studi Kopling Induksi Pd Perltn Listrik Di Sekitr Gedung Rektort Unrm Akibt Smbrn Petir, Prosiding Seminr Nsionl 01, Teknik Elektro dn Informtik Dlm Pengembngn Teknologi Berkelnjutn, Jurusn Teknik Elektro, Univ. Mtrm SNI 03-7015-01: Sistem Proteksi Petir Pd Bngunn Gedung. SNI 04-05-000: Persyrtn Umum Instlsi Listrik,Jkrt Zoro, R., 1999, Krkteristik Petir Tropis, Seminr Nsionl dn Workshop Teknik Tegngn Tinggi II, UGM, Yogykrt. Zoro, R., 003, Smbrn Petir Di Duni dn Di Indonesi, Mteri Kulih Proteksi Tegngn Lebih Pd Perltn Listrik, ITB, Bndung SARAN Untuk kesempurnn dn kemjun penelitin sejenis ini disrnkn hl-hl sebgi berikut : 1. Untuk lebih mudh diphmi dn lebih kongkritny hsil penelitin ini, disrnkn menggunkn visulissi yng lebih